F í s i c a p a r a o B r a s i l

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1 F í s i c a p a r a o B r a s i l Pensando o Futuro DESENVOLVIMENTO DA FÍSICA E SUA INSERÇÃO NA VIDA SOCIAL E ECONÔMICA DO PAÍS Comissão Física para o Brasil Sociedade Brasileira de Física 2005 Ano Mundial da Física

2 Comissão Física para o B r a s i l Alaor Silvério Chaves (Coordenador) José Ademir Sales de Lima Alfredo Gontijo de Oliveira Anna Maria Pessoa de Carvalho Celso Pinto Melo Daniel Ugarte Luiz Davidovich Marcus Aloizio Martinez de Aguiar Marina Nielsen Paulo Murilo de Oliveira Raul José Donangelo Renata Zukanovich Funchal Ricardo M. Osorio Galvão Rita Maria C. de Almeida Roberto Mendonça Faria Ronald Cintra Shellard Susana Lehrer de Souza Barros Sylvio Roberto A. Canuto

3 Foco principal das discussões Identificar áreas da física que passarão por grandes transformações Antever o impacto tecnológico e social dessas transformações Transbordamento da física e de seus métodos em outras ciências Como formar, organizar e apoiar pesquisadores para os novos desafios Educação para a ciência e a tecnologia Buscar maior inserção da física brasileira na vida do País

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5 INTRODUÇÃO SUMÁRIO E RECOMENDAÇÕES Desafios Estruturais Formação de recursos humanos 1. INTRODUÇÃO 1.1 A física no mundo contemporâneo A física no dia-a-dia Relações com a indústria 1.2 O escopo da física Matéria e forças Do macro ao microcosmo Reducionismo e universalidade 1.3 A natureza da pesquisa científica Investimento, empresas e avaliação Educação científica e inovação Breve panorama brasileiro 2. DESAFIOS CIENTÍFICOS 2.1 Processos fundamentais da natureza Raios cósmicos Simetrias espaço-temporais Índice Modelo padrão Interações eletrofracas Cromodinâmica quântica QCD na rede Neutrinos Teoria da estrutura nuclear Física fotonuclear Supersimetria e grande unificação Detecção, massa e oscilação dos neutrinos Física a altas energias e densidades Astrofísica e partículas Astrofísica nuclear Astropartículas Matéria escura 2.2 Estrutura e evolução do Universo Os pilares do Big Bang A aceleração do universo 2.3 Manipulação quântica de átomos, moléculas e fótons Laser de átomos Chips atômicos Computadores quânticos Criptografia quântica Informação quântica no Brasil

6 2.4 Materiais Novos e Avançados A tecnologia do silício Fibras ópticas Materiais magnéticos Materiais poliméricos Polímeros aplicados a dispositivos eletromecânicos Polímeros eletrônicos Polímeros fotônicos Sistemas supramoleculares Materiais cerâmicos Cerâmicas avançadas Cerâmicas supercondutoras Polímeros eletrônicos e sistemas supramoleculares orgânicos 2.5 Sistemas complexos Sobre a definição de complexidade Ordem e desordem Modelagem Sistemas caóticos Desafios fundamentais Perfil da área no Brasil 3.DESAFIOS MULTIDISCIPLINARES E FÍSICA APLICADA A PROBLEMAS BRASILEIROS 3.1 Energia Índice Consumo e demanda mundial Situação brasileira Fontes alternativas 3.2 Microeletrônica Spintrônica Sistemas orgânicos e supramoleculares Dispositivos optoeletrônicos Transistores de filmes finos orgânicos Circuitos integrados Dispositivos fotônicos 3.3.NANOCIÊNCIA E NANOTECNOLOGIA Principal suporte da N&N Dois métodos de nanofabricação Auto-organização na escala nanométrica Nanotubos de carbono Nanoestruturas com magneto-resistência gigante N&N no diagnóstico e tratamento médico Partículas magnéticas porosas 3.4 METROLOGIA CIENTÍFICA Linguagem comum e padronizada Necessidades e propostas

7 3.5 Instrumentação científica Ações afirmativas Recomendações para o Brasil Índice Enovelamento de proteínas Inibidores enzimáticos Fotobiologia 3.6 Física molecular Breve histórico Proximidade de áreas Simulações computacionais Destaques da atuação 3.7 Física médica Diagnóstico por imagem Radioterapia Proteção radiológica e vigilância sanitária Radiações não ionizantes Outras áreas Principais desafios 3.8 Simulação e modelagem Previsão do tempo e descrição climática Ecologia e meio ambiente Tráfego em grandes cidades Física em economia e finanças 3.9 Biofísica 3.10 Monitoramento atmosférico Poluição atmosférica urbana Poluição atmosférica global Balanço de radiação planetária 3.11 Ecologia e meio ambiente Modelagem atmosférica e de poluentes Queimadas e poluição hídrica Pós-graduação no Brasil 3.12 A pesquisa em ensino de física Pesquisas sobre ensino e aprendizagem Pesquisas em alfabetização científica Tecnologia e ensino de física A pesquisa em formação de professores 4. DESAFIOS ESTRUTURAIS 4.1. Infra-estrutura de pesquisa Compartilhamento da infra-estrutura Pesquisa induzida, básica e iniciativas individuais Fundações Estaduais de Amparo à Pesquisa

8 4.2 Pesquisa fora da academia Oportunidades perdidas 4.3 Teoria e experimento 5. FORMAÇÃO RECURSOS HUMANOS 5.1 Formação científica Resultado preocupante 5.2 Formação de pesquisadores Cursos de graduação mais flexíveis Ênfase nas físicas moderna e contemporânea 5.3 Formação para a tecnologia e inovação Programa de interação com a indústria Índice 6. INCLUSÃO CIENTÍFICA E TECNOLÓGICA 6.1 Educação para a ciência e tecnologia O ensino de física e a escola fundamental e média Programas de formação continuada O potencial de formação de professores de física 6.2 Alfabetização científica 6.3 Divulgação científica e o ensino formal da ciência Quadro brasileiro 5.4 Formação de professores Dois modelos de currículos Vestibular e reformulação da licenciatura

9 Desafios Científicos Constituintes da matéria e suas interações Estrutura e evolução do universo Manipulação quântica de átomos, moléculas e fótons Materiais novos e avançados Sistemas complexos

10 Desafios multidisciplinares e física aplicada a problemas brasileiros Energia Microeletrônica Nanociência e Nanotecnologia Metrologia Científica Instrumentação Científica Física Molecular Física Médica Simulação e Modelagem Biofísica Meteorologia e monitoramento atmosférico Ecologia e meio ambiente

11 A natureza da pesquisa científica Gera o conhecimento necessário para os avanços tecnológicos que sustentam o desenvolvimento econômico Contribui decisivamente para a montagem da infraestrutura tecnológica e provê pessoal capacitado para enfrentar os desafios das novas descobertas e utilizar os frutos dos avanços científicos Contribui para a melhoria da qualidade de vida da população Estabelece paradigmas de competição/cooperação que são referências para o balisamento das relações internacionais É uma peça essencial na democratização da sociedade, pela dispersão do conhecimento científico e de seus métodos de investigação e análise

12 A árvore e o (imprevisível) fruto A investigação de temas sem aplicação prática direta costuma gerar resultados de grande valor social e econômico. A World Wide Web foi criada no CERN para facilitar o compartilhamento de bancos de dados Várias áreas da medicina medicina nuclear, imagens por raios X, ultrassom e ressonância magnética nuclear, cirurgias a laser e outras decorreram de desenvolvimentos feitos no âmbito da física. Cinco físicos ganharam o prêmio Nobel de medicina e fisiologia. A nanotecnologia deverá revolucionar a medicina e a farmacologia. A microeletrônica, os computadores e as telecomunicações ópticas, que revolucionaram o mundo, foram frutos práticos da física

13 Transbordamento da física A física é a plataforma da ciência e da tecnologia contemporâneas. Cerca de um terço do PIB americano provém de tecnologias baseadas na mecânica quântica. Os métodos da física estão migrando para outras áreas do conhecimento. Sistemas complexos, como a atmosfera, o meio ambiente, o sistema econômico, o tráfego urbano e os próprios seres vivos e sua evolução, estão sendo investigados com sucesso crescente. O físico contemporâneo é apreciado, cada vez mais, principalmente como portador de ferramentas e métodos poderosos de investigação científica.

14 O momento da ciência brasileira Há, hoje, no Brasil, condições objetivas para um salto qualitativo no cenário científico. Esse salto, ancorado na formulação de uma agenda para a ciência do País, deve buscar por um lado, a inserção econômica e social das atividades científicas visando benefícios palpáveis para a sociedade brasileira e, por outro, a promoção de várias áreas da nossa ciência a um papel de liderança mundial.

15 Ciência: instrumento de Estado A ciência é um instrumento de Estado indispensável para o equacionamento dos problemas que nos afligem, para os quais não há solução fora da modernização de nossa sociedade e de sua inserção na era da inovação. É um elemento central na busca da competitividade internacional de nossos meios de produção e o alicerce de um programa voltado para uma política industrial, tecnológica e de comércio exterior

16 Planejamento sem excesso de dirigismo O planejamento necessário para induzir o salto de qualidade equilibra-se na linha tênue que separa resultados programados ou induzidos daqueles que resultam do processo espontâneo da pesquisa científica. Esses dois elementos devem conviver, alimentando-se mutuamente

17 Fundos Setoriais Os Fundos Setoriais devem contemplar, com generosidade e abrangência, a cadeia de conhecimento que vai da bancada do laboratório ao produto numa vitrine. Sem isso, as ciências que dão suporte ao desenvolvimento de novas tecnologias não terão fôlego, limitando, assim, a possibilidade de avanço tecnológico.

18 Desafios Estruturais Laboratórios Nacionais: Casas de ferramentas de alto desempenho disponíveis para uso da comunidade de pesquisa do País. Corpo técnico-científico limitado ao mínimo necessário para manutenção da infra-estrutura Centros Temáticos de Pesquisa: Institutos temáticos interdisciplinares de pesquisa. Temas selecionados com base na relevância científica e nos interesses nacionais Critérios técnicos e transparentes na seleção dos temas dos Laboratórios e dos Centros e da sua localização geográfica. Buscar descentralização geográfica

19 Desafios estruturais Editais universais: Aumentar substancialmente os recursos destinados aos editais universais do CNPq. Crescimento rápido da comunidade científica e contenção do orçamento criou demanda reprimida muito grande Apoio Institucional: Considerar a possibilidade do apoio institucional antes realizado pela Finep Projetos internacionais: A participação brasileira em grandes projetos internacionais de pesquisa é importante e estratégica para o País. Projetos e equipes brasileiras selecionadas criteriosamente. Os compromissos assumidos devem ser fielmente honrados

20 Desafios Estruturais Institutos de pesquisa tecnológica: Criação de Institutos tecnológicos, em cooperação com empresas, visando à solução de gargalos tecnológicos. Associação com programas de pós-graduação, com temas de tese propostos pelas empresas Distribuição regional: Uma distribuição mais equilibrada da ciência no território brasileiro trará benefícios a todos. A criação de Institutos Temáticos possivelmente em temas com especificidades regionais pode ser mecanismo eficaz para esse fim

21 Desafios Estruturais Teoria e Experimento: Promover melhor balanço entre atividades experimentais e teóricas através da formação de maior número de físicos experimentais. Prazos de bolsas de doutorado devem ser diferenciados, privilegiando as ciências experimentais. Bom número de excelentes estudantes devem ser enviados a importantes centros no exterior para fazerem doutorado em áreas de física experimental de ponta Bolsas de Produtividade de Pesquisa: O programa de BPq do CNPq precisa ser substancialmente ampliado. Ele custa apenas R$100 milhões/ano e tem grande impacto num sistema universitário que custa mais de R$9 bilhões/ano. Todos os pesquisadores com mérito deveriam ter a BPq

22 Formação de Recursos Humanos Teoria e Experimento: Promover melhor balanço entre atividades experimentais e teóricas através da formação de maior número de físicos experimentais. Prazos de bolsas de doutorado devem ser diferenciados, privilegiando as ciências experimentais. Bom número de excelentes estudantes devem ser enviados a importantes centros no exterior para fazerem doutorado em áreas de física experimental de ponta. Regulamentação das Profissões: A rígida regulamentação das profissões no Brasil é incompatível com o dinamismo com que atualmente se movimenta o recorte das profissões e precisa ser radicalmente revista.

23 Formação de Recursos Humanos Ciclo Básico: A implantação do ciclo básico nas universidades Evitará a especialização precoce na educação superior. Os candidatos devem ser selecionados para grandes áreas do conhecimento. Carreiras Flexíveis: Reorientações de carreira devem ser flexibilizadas no ensino superior. A opção de carreira deve ser feita após o ciclo básico, e e as pós-graduações devem estar mais abertas para bons alunos que se graduaram em outras áreas. Estudantes excelentes deveriam ser estimulados a se graduar em mais de uma carreira.

24 Formação de Recursos Humanos Alfabetização Científica: Num programa nacional de longo prazo de alfabetização científica, todos os cidadãos devem ser preparados para viver num mundo cada vez mais dominado pela ciência e a tecnologia. Isso é essencial para sua cidadania plena. Licenciatura: Os cursos de licenciatura em física precisam ser revistos. Em especial, eles devem ter mais física moderna e contemporânea. Os professores devem ser preparados para ensinar física experimental sem ter de recorrer a laboratórios sofisticados. Formação Interdisciplinar: Cursos novos que transponham as fronteiras tradicionais das disciplinas devem ser criados tanto na graduação quanto na pós-graduação.

25 Desafios Estruturais Infra-estrutura de pesquisa Pesquisa fora da academia Balanço teoria-experimento

26 Formação de Recursos Humanos Formação de pesquisadores Formação para a tecnologia e a inovação Formação de professores Alfabetização científica da população